New upstream version 18.11-rc4
[deb_dpdk.git] / doc / guides / sample_app_ug / vm_power_management.rst
index 05c26b0..5be9f24 100644 (file)
@@ -1,32 +1,5 @@
-..  BSD LICENSE
-    Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation. All rights reserved.
-    All rights reserved.
-
-    Redistribution and use in source and binary forms, with or without
-    modification, are permitted provided that the following conditions
-    are met:
-
-    * Redistributions of source code must retain the above copyright
-    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
-    * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
-    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
-    the documentation and/or other materials provided with the
-    distribution.
-    * Neither the name of Intel Corporation nor the names of its
-    contributors may be used to endorse or promote products derived
-    from this software without specific prior written permission.
-
-    THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
-    "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
-    LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
-    A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
-    OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
-    SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
-    LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
-    DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
-    THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
-    (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
-    OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
+..  SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
+    Copyright(c) 2010-2014 Intel Corporation.
 
 VM Power Management Application
 ===============================
@@ -47,7 +20,7 @@ running on Virtual Machines(VMs).
 
 The Virtual Machine Power Management solution shows an example of
 how a DPDK application can indicate its processing requirements using VM local
-only information(vCPU/lcore) to a Host based Monitor which is responsible
+only information(vCPU/lcore, etc.) to a Host based Monitor which is responsible
 for accepting requests for frequency changes for a vCPU, translating the vCPU
 to a pCPU via libvirt and affecting the change in frequency.
 
@@ -65,6 +38,26 @@ The solution is comprised of two high-level components:
    to the librte_power ACPI cpufreq sysfs based library.
    The Host Application relies on both qemu-kvm and libvirt to function.
 
+   This monitoring application is responsible for:
+
+   - Accepting requests from client applications: Client applications can
+     request frequency changes for a vCPU, translating
+     the vCPU to a pCPU via libvirt and affecting the change in frequency.
+
+   - Accepting policies from client applications: Client application can
+     send a policy to the host application. The
+     host application will then apply the rules of the policy independent
+     of the application. For example, the policy can contain time-of-day
+     information for busy/quiet periods, and the host application can scale
+     up/down the relevant cores when required. See the details of the guest
+     application below for more information on setting the policy values.
+
+   - Out-of-band monitoring of workloads via cores hardware event counters:
+     The host application can manage power for an application in a virtualised
+     OR non-virtualised environment by looking at the event counters of the
+     cores and taking action based on the branch hit/miss ratio. See the host
+     application '--core-list' command line parameter below.
+
 #. librte_power for Virtual Machines
 
    Using an alternate implementation for the librte_power API, requests for
@@ -201,9 +194,35 @@ Compiling and Running the Host Application
 Compiling
 ~~~~~~~~~
 
-#. export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
-#. cd ${RTE_SDK}/examples/vm_power_manager
-#. make
+For information on compiling DPDK and the sample applications
+see :doc:`compiling`.
+
+The application is located in the ``vm_power_manager`` sub-directory.
+
+To build just the ``vm_power_manager`` application using ``make``:
+
+.. code-block:: console
+
+  export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+  export RTE_TARGET=build
+  cd ${RTE_SDK}/examples/vm_power_manager/
+  make
+
+The resulting binary will be ${RTE_SDK}/build/examples/vm_power_manager
+
+To build just the ``vm_power_manager`` application using ``meson/ninja``:
+
+.. code-block:: console
+
+  export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+  cd ${RTE_SDK}
+  meson build
+  cd build
+  ninja
+  meson configure -Dexamples=vm_power_manager
+  ninja
+
+The resulting binary will be ${RTE_SDK}/build/examples/dpdk-vm_power_manager
 
 Running
 ~~~~~~~
@@ -311,38 +330,434 @@ Manual control and inspection can also be carried in relation CPU frequency scal
 
     set_cpu_freq {core_num} up|down|min|max
 
+There are also some command line parameters for enabling the out-of-band
+monitoring of branch ratio on cores doing busy polling via PMDs.
+
+  .. code-block:: console
+
+    --core-list {list of cores}
+
+  When this parameter is used, the list of cores specified will monitor the ratio
+  between branch hits and branch misses. A tightly polling PMD thread will have a
+  very low branch ratio, so the core frequency will be scaled down to the minimim
+  allowed value. When packets are received, the code path will alter, causing the
+  branch ratio to increase. When the ratio goes above the ratio threshold, the
+  core frequency will be scaled up to the maximum allowed value.
+
+  .. code-block:: console
+
+    --branch-ratio {ratio}
+
+  The branch ratio is a floating point number that specifies the threshold at which
+  to scale up or down for the given workload. The default branch ratio is 0.01,
+  and will need to be adjusted for different workloads.
+
+
+
+JSON API
+~~~~~~~~
+
+In addition to the command line interface for host command and a virtio-serial
+interface for VM power policies, there is also a JSON interface through which
+power commands and policies can be sent. This functionality adds a dependency
+on the Jansson library, and the Jansson development package must be installed
+on the system before the JSON parsing functionality is included in the app.
+This is achieved by:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    apt-get install libjansson-dev
+
+The command and package name may be different depending on your operating
+system. It's worth noting that the app will successfully build without this
+package present, but a warning is shown during compilation, and the JSON
+parsing functionality will not be present in the app.
+
+Sending a command or policy to the power manager application is achieved by
+simply opening a fifo file, writing a JSON string to that fifo, and closing
+the file.
+
+The fifo is at /tmp/powermonitor/fifo
+
+The jason string can be a policy or instruction, and takes the following
+format:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    {"packet_type": {
+      "pair_1": value,
+      "pair_2": value
+    }}
+
+The 'packet_type' header can contain one of two values, depending on
+whether a policy or power command is being sent. The two possible values are
+"policy" and "instruction", and the expected name-value pairs is different
+depending on which type is being sent.
+
+The pairs are the format of standard JSON name-value pairs. The value type
+varies between the different name/value pairs, and may be integers, strings,
+arrays, etc. Examples of policies follow later in this document. The allowed
+names and value types are as follows:
+
+
+:Pair Name: "name"
+:Description: Name of the VM or Host. Allows the parser to associate the
+  policy with the relevant VM or Host OS.
+:Type: string
+:Values: any valid string
+:Required: yes
+:Example:
+
+    .. code-block:: javascript
+
+      "name", "ubuntu2"
+
+
+:Pair Name: "command"
+:Description: The type of packet we're sending to the power manager. We can be
+  creating or destroying a policy, or sending a direct command to adjust
+  the frequency of a core, similar to the command line interface.
+:Type: string
+:Values:
+
+  :CREATE: used when creating a new policy,
+  :DESTROY: used when removing a policy,
+  :POWER: used when sending an immediate command, max, min, etc.
+:Required: yes
+:Example:
+
+    .. code-block:: javascript
+
+      "command", "CREATE"
+
+
+:Pair Name: "policy_type"
+:Description: Type of policy to apply. Please see vm_power_manager documentation
+  for more information on the types of policies that may be used.
+:Type: string
+:Values:
+
+  :TIME: Time-of-day policy. Frequencies of the relevant cores are
+    scaled up/down depending on busy and quiet hours.
+  :TRAFFIC: This policy takes statistics from the NIC and scales up
+    and down accordingly.
+  :WORKLOAD: This policy looks at how heavily loaded the cores are,
+    and scales up and down accordingly.
+  :BRANCH_RATIO: This out-of-band policy can look at the ratio between
+    branch hits and misses on a core, and is useful for detecting
+    how much packet processing a core is doing.
+:Required: only for CREATE/DESTROY command
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "policy_type", "TIME"
+
+:Pair Name: "busy_hours"
+:Description: The hours of the day in which we scale up the cores for busy
+  times.
+:Type: array of integers
+:Values: array with list of hour numbers, (0-23)
+:Required: only for TIME policy
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "busy_hours":[ 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 ]
+
+:Pair Name: "quiet_hours"
+:Description: The hours of the day in which we scale down the cores for quiet
+  times.
+:Type: array of integers
+:Values: array with list of hour numbers, (0-23)
+:Required: only for TIME policy
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "quiet_hours":[ 2, 3, 4, 5, 6 ]
+
+:Pair Name: "avg_packet_thresh"
+:Description: Threshold below which the frequency will be set to min for
+  the TRAFFIC policy. If the traffic rate is above this and below max, the
+  frequency will be set to medium.
+:Type: integer
+:Values: The number of packets below which the TRAFFIC policy applies the
+  minimum frequency, or medium frequency if between avg and max thresholds.
+:Required: only for TRAFFIC policy
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "avg_packet_thresh": 100000
+
+:Pair Name: "max_packet_thresh"
+:Description: Threshold above which the frequency will be set to max for
+  the TRAFFIC policy
+:Type: integer
+:Values: The number of packets per interval above which the TRAFFIC policy
+  applies the maximum frequency
+:Required: only for TRAFFIC policy
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "max_packet_thresh": 500000
+
+:Pair Name: "core_list"
+:Description: The cores to which to apply the policy.
+:Type: array of integers
+:Values: array with list of virtual CPUs.
+:Required: only policy CREATE/DESTROY
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "core_list":[ 10, 11 ]
+
+:Pair Name: "workload"
+:Description: When our policy is of type WORKLOAD, we need to specify how
+  heavy our workload is.
+:Type: string
+:Values:
+
+  :HIGH: For cores running workloads that require high frequencies
+  :MEDIUM: For cores running workloads that require medium frequencies
+  :LOW: For cores running workloads that require low frequencies
+:Required: only for WORKLOAD policy types
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "workload", "MEDIUM"
+
+:Pair Name: "mac_list"
+:Description: When our policy is of type TRAFFIC, we need to specify the
+  MAC addresses that the host needs to monitor
+:Type: string
+:Values: array with a list of mac address strings.
+:Required: only for TRAFFIC policy types
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "mac_list":[ "de:ad:be:ef:01:01", "de:ad:be:ef:01:02" ]
+
+:Pair Name: "unit"
+:Description: the type of power operation to apply in the command
+:Type: string
+:Values:
+
+  :SCALE_MAX: Scale frequency of this core to maximum
+  :SCALE_MIN: Scale frequency of this core to minimum
+  :SCALE_UP: Scale up frequency of this core
+  :SCALE_DOWN: Scale down frequency of this core
+  :ENABLE_TURBO: Enable Turbo Boost for this core
+  :DISABLE_TURBO: Disable Turbo Boost for this core
+:Required: only for POWER instruction
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "unit", "SCALE_MAX"
+
+:Pair Name: "resource_id"
+:Description: The core to which to apply the power command.
+:Type: integer
+:Values: valid core id for VM or host OS.
+:Required: only POWER instruction
+:Example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    "resource_id": 10
+
+JSON API Examples
+~~~~~~~~~~~~~~~~~
+
+Profile create example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    {"policy": {
+      "name": "ubuntu",
+      "command": "create",
+      "policy_type": "TIME",
+      "busy_hours":[ 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 ],
+      "quiet_hours":[ 2, 3, 4, 5, 6 ],
+      "core_list":[ 11 ]
+    }}
+
+Profile destroy example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    {"profile": {
+      "name": "ubuntu",
+      "command": "destroy",
+    }}
+
+Power command example:
+
+  .. code-block:: javascript
+
+    {"command": {
+      "name": "ubuntu",
+      "unit": "SCALE_MAX",
+      "resource_id": 10
+    }}
+
+To send a JSON string to the Power Manager application, simply paste the
+example JSON string into a text file and cat it into the fifo:
+
+  .. code-block:: console
+
+    cat file.json >/tmp/powermonitor/fifo
+
+The console of the Power Manager application should indicate the command that
+was just received via the fifo.
+
 Compiling and Running the Guest Applications
 --------------------------------------------
 
-For compiling and running l3fwd-power, see :doc:`l3_forward_power_man`.
+l3fwd-power is one sample application that can be used with vm_power_manager.
 
 A guest CLI is also provided for validating the setup.
 
 For both l3fwd-power and guest CLI, the channels for the VM must be monitored by the
-host application using the *add_channels* command on the host.
+host application using the *add_channels* command on the host. This typically uses
+the following commands in the host application:
+
+.. code-block:: console
+
+  vm_power> add_vm vmname
+  vm_power> add_channels vmname all
+  vm_power> set_channel_status vmname all enabled
+  vm_power> show_vm vmname
+
 
 Compiling
 ~~~~~~~~~
 
-#. export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
-#. cd ${RTE_SDK}/examples/vm_power_manager/guest_cli
-#. make
+For information on compiling DPDK and the sample applications
+see :doc:`compiling`.
+
+For compiling and running l3fwd-power, see :doc:`l3_forward_power_man`.
+
+The application is located in the ``guest_cli`` sub-directory under ``vm_power_manager``.
+
+To build just the ``guest_vm_power_manager`` application using ``make``:
+
+.. code-block:: console
+
+  export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+  export RTE_TARGET=build
+  cd ${RTE_SDK}/examples/vm_power_manager/guest_cli/
+  make
+
+The resulting binary will be ${RTE_SDK}/build/examples/guest_cli
+
+.. Note::
+  This sample application conditionally links in the Jansson JSON
+  library, so if you are using a multilib or cross compile environment you
+  may need to set the ``PKG_CONFIG_LIBDIR`` environmental variable to point to
+  the relevant pkgconfig folder so that the correct library is linked in.
+
+  For example, if you are building for a 32-bit target, you could find the
+  correct directory using the following ``find`` command:
+
+  .. code-block:: console
+
+      # find /usr -type d -name pkgconfig
+      /usr/lib/i386-linux-gnu/pkgconfig
+      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/pkgconfig
+
+  Then use:
+
+  .. code-block:: console
+
+      export PKG_CONFIG_LIBDIR=/usr/lib/i386-linux-gnu/pkgconfig
+
+  You then use the make command as normal, which should find the 32-bit
+  version of the library, if it installed. If not, the application will
+  be built without the JSON interface functionality.
+
+To build just the ``vm_power_manager`` application using ``meson/ninja``:
+
+.. code-block:: console
+
+  export RTE_SDK=/path/to/rte_sdk
+  cd ${RTE_SDK}
+  meson build
+  cd build
+  ninja
+  meson configure -Dexamples=vm_power_manager/guest_cli
+  ninja
+
+The resulting binary will be ${RTE_SDK}/build/examples/guest_cli
 
 Running
 ~~~~~~~
 
-The application does not have any specific command line options other than *EAL*:
+The standard *EAL* command line parameters are required:
 
 .. code-block:: console
 
- ./build/vm_power_mgr [EAL options]
+ ./build/guest_vm_power_mgr [EAL options] -- [guest options]
 
-The application for example purposes uses a channel for each lcore enabled,
-for example to run on cores 0,1,2,3 on a system with 4 memory channels:
+The guest example uses a channel for each lcore enabled. For example,
+to run on cores 0,1,2,3:
 
 .. code-block:: console
 
- ./build/guest_vm_power_mgr -l 0-3 -n 4
+ ./build/guest_vm_power_mgr -l 0-3
+
+Optionally, there is a list of command line parameter should the user wish to send a power
+policy down to the host application. These parameters are as follows:
+
+  .. code-block:: console
+
+    --vm-name {name of guest vm}
+
+  This parameter allows the user to change the Virtual Machine name passed down to the
+  host application via the power policy. The default is "ubuntu2"
+
+  .. code-block:: console
+
+    --vcpu-list {list vm cores}
+
+  A comma-separated list of cores in the VM that the user wants the host application to
+  monitor. The list of cores in any vm starts at zero, and these are mapped to the
+  physical cores by the host application once the policy is passed down.
+  Valid syntax includes individial cores '2,3,4', or a range of cores '2-4', or a
+  combination of both '1,3,5-7'
+
+  .. code-block:: console
+
+    --busy-hours {list of busy hours}
+
+  A comma-separated list of hours within which to set the core frequency to maximum.
+  Valid syntax includes individial hours '2,3,4', or a range of hours '2-4', or a
+  combination of both '1,3,5-7'. Valid hours are 0 to 23.
+
+  .. code-block:: console
+
+    --quiet-hours {list of quiet hours}
+
+  A comma-separated list of hours within which to set the core frequency to minimum.
+  Valid syntax includes individial hours '2,3,4', or a range of hours '2-4', or a
+  combination of both '1,3,5-7'. Valid hours are 0 to 23.
+
+  .. code-block:: console
+
+    --policy {policy type}
+
+  The type of policy. This can be one of the following values:
+  TRAFFIC - based on incoming traffic rates on the NIC.
+  TIME - busy/quiet hours policy.
+  BRANCH_RATIO - uses branch ratio counters to determine core busyness.
+  Not all parameters are needed for all policy types. For example, BRANCH_RATIO
+  only needs the vcpu-list parameter, not any of the hours.
 
 
 After successful initialization the user is presented with VM Power Manager Guest CLI:
@@ -357,3 +772,20 @@ Where {core_num} is the lcore and channel to change frequency by scaling up/down
 .. code-block:: console
 
   set_cpu_freq {core_num} up|down|min|max
+
+To start the application and configure the power policy, and send it to the host:
+
+.. code-block:: console
+
+ ./build/guest_vm_power_mgr -l 0-3 -n 4 -- --vm-name=ubuntu --policy=BRANCH_RATIO --vcpu-list=2-4
+
+Once the VM Power Manager Guest CLI appears, issuing the 'send_policy now' command
+will send the policy to the host:
+
+.. code-block:: console
+
+  send_policy now
+
+Once the policy is sent to the host, the host application takes over the power monitoring
+of the specified cores in the policy.
+